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中國量子通信研究新進展：量子衛星攜四大任務

今年3月，全國政協委員，中科院院士潘建偉曾透露，中國量子保密通信京滬干線將在今年下半年全線開通，中國研制的世界首顆量子科學實驗衛星也將在今年七月發射，從而形成一個天地一體化的量子通信網絡。
量子通信總是讓人感覺神秘，事實上其來頭的確非常高大上。在日前舉辦的光纖通信50年高峰論壇上，中科院上海分院副院長王建宇表示，量子信息學建立在20世紀物理學支柱之一的量子力學基礎之上，量子通信則是量子信息學的兩大應用之一。量子具有不可復制性，利用這一特性制作的密碼，從理論上講是一種最為安全的密碼，量子通信也成為絕對安全的通信方式。
量子通信的絕對保密特性，在軍事、金融、政務等領域擁有廣泛的用途，因此成為各主要發達國家和地區研究的重點。王建宇介紹，美國在保持國家競爭力計劃中，將量子信息列為重點支持領域；歐洲量子信息處理與通信戰略報告提出，未來5到10年實現千公里級的量子通信、多節點量子通信網絡和基于衛星的量子通信，并進行了一系列的實驗；日本計劃在5-10年內建成全國性的高速量子通信網，并啟動了長期支持計劃。
量子通信只有30年的發展歷史，對中國來說并沒有很重的歷史包袱，因此在量子通信方面的研究，中國與國外諸強基本上從開始就站在同一起跑線上。資料顯示，中國在2012年初建成世界上規模最大的46節點量子通信試驗網——合肥量子通信政務網，建成以來運行良好；2012年，新華社和中國科大合作建設的金融信息量子通信驗證網在北京開通，在世界上首次實現利用量子通信網絡對金融信息的安全傳輸；2014年，世界第一條量子信息保密干線——京滬干線量子通信工程開工建設。
潘建偉曾指出，量子通信技術的實際應用將分三步走：一是通過光纖實現城域量子通信網絡；二是通過量子中繼器實現城際量子通信網絡；三是通過衛星中轉實現可覆蓋全球的廣域量子通信網絡。
中國量子通信研究新進展：量子衛星攜四大任務即將發射
在本次論壇上，王建宇詳細闡述了采用衛星進行量子通信實驗的意義。陸地量子通信基于光纖傳輸，但光纖存在固有的光子損耗、與環境的耦合會使糾纏品質下降，因此光量子傳輸難以通過光纖向遠距離拓展；近地面自由空間通道會受地面障礙物、地表曲率、氣象條件的影響，光量子傳輸難以在地面自由空間中向遠距離拓展。
衛星通信的優勢在于，克服地表曲率、沒有障礙物的阻礙；大氣對某些波長的光子吸收非常小；只有5-10公里的水平大氣等效厚度；大氣能保持光子極化糾纏品質；外太空無衰減和退相干。以上特質，使得衛星通信成為遠距離光量子傳輸的必由之路。
中科院先導項目量子科學實驗衛星，據王建宇介紹，從2011年就開始進行任務需求分析、整星方案設計和關鍵技術攻關，并在當年底立項。在2012-2016年，量子衛星經歷了整星初樣設計、各類試驗和生產、總裝、與大系統對接試驗、衛星出廠測試等步驟，且都順利完成，并將在2016年7月擇機發射。
整個項目分為衛星和地面兩大部分。在地面，項目已經完成了一系列關鍵技術測試；在衛星部分，發射后將攜四大任務：星地高速量子密鑰分發的實驗；廣域量子通信網絡實驗任務；星地雙向糾纏分發的實驗；空間尺度量子隱形傳態的實驗，目標建立星地量子信道。
按照規劃，中國在2016年首顆量子衛星發射后還將發射更多衛星，到2020年實現亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發, 屆時聯接亞洲與歐洲的洲際量子通信網也將建成。到2030年左右，中國將建成全球化的廣域量子通信網絡。中國量子通信技術的研究成果不必否認，隨著國家大力推動量子技術的發展，將有機會成就一段技術傳奇。

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